به عنوان پلیمرهای مبتنی بر نفت، اقیانوس های ما را فریب می دهند و زندگی ما را خیس می کنند، محققان به دنبال روش های سازگار با محیط زیست برای پاسخگویی به تقاضا برای مواد با دوام و متنوع هستند. فلیکر: عکس بو اید (فلیکر / خلاقیت های رایج) 

جولای 29، 2015 - سرنوشت اقیانوس های جهان ممکن است در داخل یک مخزن استیل ضدزنگ قرار بگیرد که به اندازه یک کیک کوچک آبجو نیست. در داخل، باکتری های اصلاح شده ژنتیکی، شربت ذرت را به یک توده ای از پلیمرهایی تبدیل می کنند که می توانند برای تولید طیف وسیعی از پلاستیک های معمول استفاده شوند.

الیور پپلز، افسر ارشد علمی Metabolix، Inc. می گوید: "این چیزی شبیه ساخت ماست است."

کمبریج، شرکت ماساچوست مستقر در ماساچوست، جایی که بیوپلاستی ها در اتاق های تخمیری در آزمایشگاه شکل می گیرند، یکی از تعداد روزافزون کسب و کار و موسسات است که برای ایجاد جایگزین های ارزان قیمت و سازگار با محیط زیست برای پلاستیک های معمولی که از سوخت های فسیلی تولید می شوند، شکست خورد برای تجزیه و تبدیل اقیانوس ما به دریاها از پلاستیک شناور.

جنا جمبک، عضو هیئت علمی مهندسی محیط زیست در دانشگاه جورجیا می گوید: "ما شاهد افزایش این مقدار در تولید پلاستیکی بوده ایم که منجر به افزایش جریان زباله نیز می شود. "بر خلاف موادی که از بین می روند، پلاستیک همه این مسائل را دارد. به راحتی به آبراه ها سفر می کند، از لحاظ جسمی به قطعه های کوچکتر که بسیار سخت یا غیرممکن است جمع آوری شده و به دنبال جذب مواد آلاینده های شیمیایی موجود در محیط است. "

برخی از 4.8 میلیون تا 12.7 میلیون تن (5.3 میلیون تا 14 میلیون تن) از پلاستیک، و یا تا 4 درصد از تقریبا 300 میلیون متریک (330 میلیون تن) از پلاستیک ساخته شده هر سال وارد اقیانوس به عنوان سطل زباله در 2010. طبق یک مطالعه Jambeck و همکارانش، انتظار می رود که این رقم در دهه آینده 10 افزایش یابد، به طوری که بیشتر پلاستیک تولید می شود و پس از آن مدیریت مواد زائد و بازیافت را از بین می برد. در اوایل سال جاری منتشر شده است در مجله علم.

تاثیر این همه پلاستیک بر روی چیزهای زنده، از جمله انسان، چه تاثیری دارد؟ هنوز مشخص نیست. تعدادی از مطالعات اخیر نشان می دهد که مواد شیمیایی در بیت های کوچک از پلاستیک و حتی بیت های پلاستیکی خود می توانند در پرندگان، ماهی و دیگر حیوانات دریایی انباشته شوند. آزمایش آزمایشگاهی نشان داده است که مواد شیمیایی که از آنها تشکیل شده است می توانند اثرات نامطلوب سلامتی، از جمله آسیب کبدی و اختلال غدد درون ریز از طریق بیان ژن تغییر یافته. این که آیا اثرات مشابه در خارج از آزمایشگاه اتفاق می افتد یا اینکه آیا زنجیره های غذایی را برای افرادی که می خورند، شناخته می شوند یا خیر، هنوز هم کاملا قابل اعتماد هستند.

و این همه نیست پلاستیک ها نیز در بخش گازهای گلخانه ای مشهور هستند. طبق یک نظرسنجی، به طور متوسط ​​8 درصد از نفت مورد استفاده در سراسر جهان در هر سال به طور مستقیم به تولید پلاستیک و یا برای تولید پروسه تولید پلاستیک می پردازد. گزارش اخیر توسط موسسه Worldwatch.

"با وجود این که مردم احساس می کنند که دوست دارند از پلاستیسیت کمتر استفاده کنند، نه بیشتر، واقعیت این است که پلاستیک ها مواد مدرن هستند که اتومبیل ها را سبک تر می کنند، آب را تصفیه می کنند و به برنامه های بهداشت و سلامت کمک زیادی می کنند." - Marc HillmyerWhy not فقط استفاده ما را کاهش دهیم؟ برای یک چیز، پلاستیک ها فوق العاده همه کاره هستند، طیفی از نیازهای انعطاف پذیری، هزینه ها و پارامترهای دیگر را که مواد جایگزین برای آنها مطابقت می کند، ملاقات می کنند. نه تنها این، اما مواد جایگزین اثرات نامطلوب محیط زیستی، اجتماعی و بهداشتی خود را در بر دارد.

"حتی اگر مردم احساس کنند که مایل هستند از پلاستیکی کمتری استفاده کنند، اما واقعیت این است که پلاستیک ها مواد مدرن هستند که باعث می شود اتومبیل های سبک تر، آب را تصفیه کرده و سود زیادی را برای برنامه های بهداشت و سلامت به ارمغان بیاورد"، مارک هیلیمر مدیر مرکز پلیمرهای پایدار در دانشگاه مینه سوتا در مینیاپولیس.

به عبارت دیگر، دلایل محکمی برای جستجوی جایگزین های پایدار تر در برابر پلاستیک های معمولی - یعنی پلاستیک های گیاهی وجود دارد. چنین بیوپلاستی به اصطلاح قادر به تخریب است، به طور چشمگیری کاهش خطر ابتلا به زمین و دریا را آلوده می کند. آنها همچنین وابستگی ما به سوختهای فسیلی را کاهش می دهند و باعث کاهش راندمان کربن پلاستیک می شوند. با توجه به این گزارش، انتشار گازهای گلخانه ای در ارتباط با بیوپلاستی 26 درصد پایین تر از موارد مرتبط با پلاستیک معمولی است یک تجزیه و تحلیل چرخه عمر جدید پلاستیک مبتنی بر ذرت و پتاسیم توسط محققان دانشگاه ایالتی میشیگان.

جایگزین های جدید

با این وجود پیدا کردن جایگزین های غیر پتروشیمی و تجزیه پذیر به پلاستیک های امروز آسان نیست. پلاستیک ساخته شده از ذرت، نیشکر یا سایر مواد گیاهی، لزوما تجزیه پذیر نیست، و وقتی که می خواهید آن را دشوار کنید، می توانید از بین برود.

Hillmyer می گوید: "شما نمی خواهید کیسه پلاستیکی خود را از بین ببرید در حالی که شما از آن استفاده می کنید." "از سوی دیگر شما می خواهید آن را به سرعت از بین ببرید و در محیط دیگری قرار دهید."

در حالیکه شیمیدانان پلاستیک های مبتنی بر نفت را اصلاح کرده اند به طوری که می توانند از بین بروند، تعدادی از جایگزین های کاهش زیستی مبتنی بر زیست در حال ظهور است.

با وجود این موفقیت ها و موفقیت های اخیر ، پلاستیک های زیستی همچنان بخش کوچکی از صنعت به عنوان یک کل هستند. Natureworks ، یک شرکت مستقر در Minnetonka ، مینه سوتا ، یکی از پیشگامان تولید پلاستیک های زیستی در جهان است. این شرکت اسید پلی لاکتیک یا PLA را تولید می کند ، پلاستیکی قابل تجزیه و تجزیه که از نشاسته ذرت تهیه می کند و طیف گسترده ای از محصولات مصرفی را تولید می کند - از جمله ظروف یکبار مصرف ، لیوان و بسته بندی - که در پایان عمر مفید آنها تجزیه می شود. تأسیسات اولیه تولید این شرکت در بلر ، نبراسکا ، در سال 2002 آنلاین شد و می تواند سالانه 140,000،150,000 تن (XNUMX،XNUMX تن) PLA تولید کند. این شرکت اخیراً اعلام کرده است که قصد دارد کارخانه دوم خود را در جنوب شرقی آسیا افتتاح کند که از نیشکر به عنوان ماده اولیه خود استفاده کند.

یکی دیگر از تولیدکنندگان پیشرو در تولید بیوپلاستی شرکت کوکا کولا است که در 2009 راه اندازی PlantBottle، یک بطری نوشیدنی ساخته شده از پلی اتیلن ترفتالات -PET - که حاوی مواد 30 درصد مواد زیستی است. این بطری ها قابل تجزیه نیست اما بر خلاف بسیاری از پلاستیک های زیستی پایه می توانند همراه با پلاستیک معمولی، پلاستیک معمولی بازیافت شده بازیافت شوند. از آنجا که 2009 این شرکت میلیارد دلاری از PlantBottles اصلی خود تولید کرده است. در ماه ژوئن 35 این شرکت یک نسخه جدید را منتشر کرد که 2015 درصد بیواسطه است.

علی رغم این و دیگر موفقیت های اخیر، بیوپلاستی بخش کوچکی از صنعت به طور کلی باقی مانده است. مواد مناسب برای محصولات تک استفاده شده مانند قاشق و بطری که مصرف کنندگان حاضر به پرداخت حق بیمه برای محصولات پایدارتر هستند. دوام بسیار بالا و کاربردهای کمتر قابل مشاهده - به عنوان مثال، لوله های آب ساخته شده از PVC که معمولا در لوله کشی های مسکونی و تجاری استفاده می شوند، هنوز کاملا ساخته شده از پلاستیک معمولی هستند. در مجموع، کمتر از 0.5 درصد از تمام پلاستیک از منابع غیر نفتی به دست می آید، به گفته انجمن صنایع پلاستیک، گروه تجاری صنایع مستقر در واشنگتن دی سی

با این حال، مقررات دولتی منجر به افزایش استفاده از بیوپلاستی می شود. در 2014 ایلینویز Microbeads را ممنوع کرده، ساینده های کوچک پلاستیکی که معمولا در اسکراب صورت، شامپو و خمیر دندان استفاده می شود، به دلیل نگرانی در مورد تخریب محیط زیست در دریاچه های بزرگ. در قطر کمتر از یک میلی متر، میکروباکسها خیلی کوچک هستند که از طریق سیستم های فاضلاب فیلتر شده و در محیط آب شیرین و دریایی یافت می شوند.

کالاهای مصرفی که می توان از PHA زیست تخریب پذیر ساخته شده شامل کیسه، ظروف و کت های برق الکتریکی. حسن نیت ارائه میدهد از Metabolix.

با ممنوعیت فدرال میکروباکسها انتظار می رود، Metabolix در ماه مارس با Honeywell همکاری داشته باشد تا یک جایگزین زیست تخریب پذیر برای میکروباکسها تولید کند. Microbeads که دو شرکت در حال توسعه هستند از Polyhydroxyalkanoates یا PHA ساخته می شوند که یک پلاستیک Bio-based است که گران تر است و همچنین همه کاره تر از PLA Microbeads که دو شرکت در حال توسعه هستند با تخمیر ذرت ذرت تولید می شوند، گرچه می توان از محصولات غير تغذياتی مانند چمن زنی نيز ساخته شد. Peoples می گوید که میکرو پیاز PHA در طی چند ماه به میزان مشابه با سلولز یا کاغذ به دی اکسید کربن و آب تجزیه خواهد شد.

در اطراف جزایر پایین

با افزایش اعتماد ما به پلاستیک هایی که از محصولات زراعی مانند ذرت یا نیشکر استفاده می شود، می توانیم به طور ناگهانی نگرانی های زیست محیطی جدیدی را معرفی کنیم. یک مطالعه اخیر در مجله تولید کننده تمیز کننده بیوپلاستی های ذکر شده از مواد اولیه کشاورزی افزایش یافته است استفاده از مقادیر قابل توجهی از آب، آفت کش ها و کود که می تواند آلودگی هوا و آب را ایجاد کند و برای زمین های کشاورزی که برای غذا رشد می کنند رقابت کند.

یکی از راه های ممکن برای برداشتن پلاستیک های پایه گیاهی در حالی که هنوز وابستگی به نفت را کاهش می دهد، استفاده از CO است₂ به جای یک منبع تغذیه. نوومر، یک شرکت تحقیقاتی در دانشگاه کورنل در ایتکا، نیویورک، در حال تبدیل زباله های CO است₂ از گیاهان تولید اتانول به پلاستیک. این شرکت پلیوها را تولید می کند - پلیمرها برای ایجاد فوم انعطاف پذیر در تشک، بالش های صندلی و عایق بندی، و همچنین طیف وسیعی از پوشش های مخصوص و سیلانت ها استفاده می شود.

Peter Shepard، معاون اجرایی Novomer در پلیمر، می گوید: "اگر تشک شما با مواد ما ساخته شود، تقریبا 22 درصد از وزن دی اکسید کربن است. "این یک گاز گلخانه ای است که مواد زائد است و آن را به یک محصول با ارزش تبدیل می کند. "

به طور معمول CO₂ برای واکنش با سایر ترکیبات بی فایده است، استفاده از آن در پلاستیک یا برنامه های دیگر دشوار است. Geoffrey Coates، استاد شیمی در دانشگاه کورنل در ایتکا و یکی از بنیانگذاران نوومر، یک کاتالیزور تولید کرد که واکنش پذیری CO₂ در حالی که همزمان واکنش پذیری یکی دیگر از مواد پلی اتیل کلیدی را کاهش می دهد، ترکیب CO را آسان تر می کند₂ به پلیمر حاصل می شود.

Coates می گوید: "این به نظر می رسد که بچه ها داشته باشند و شما آنها را پیتزا و کلم بروکلی بگذارید و هر بار که پیتزایی را می خورید، شما را مجبور به خوردن کلم بروکلی می کنید"، می گوید: Coates که عضو مرکز Polymers Sustainable .

بزرگترین چالش برای بیوپلاستی ها این است که آنها در برابر پلاستیک های معمولی، مواد فوق العاده ارزان قیمت که در سال های گذشته 60 رونق پیدا کرده اند، رقابت می کنند. پلیور ساخته شده توسط Novomer تجزیه پذیر هستند اما تجزیه پذیری آنها را در هنگام ترکیب با مواد شیمیایی بر پایه نفت ایجاد می کند فوم

شپرد می گوید، اگرچه این شرکت در حال حاضر بر روی ساخت فوم ها و چسبناکان متمرکز است، شرکت نوومر می گوید:₂پلیمرهای پایه را می توان برای ساخت پلاستیک های تجزیه پذیر با CO استفاده کرد₂ محتوا به اندازه 50 درصد.

بزرگترین چالش

با وجود رشد شدید در سال های اخیر، بعضی ها می گویند که بیوپلاستی تا حد بالقوۀ خود زندگی نمی کند.

Frederick Scheer، مدیر عامل سابق Cereplast، یکی از شرکت های پیشرو در زمینه ی بیوپلاستی، می گوید: "صنعت بیوپلاستی قادر به ایجاد پلیمرهایی نیست که به اندازه کافی جذاب باشند از نظر قیمت گذاری و از لحاظ خواصی که جهان را مجبور به تغییر می کند. این اعلام ورشکستگی را در 2014 اعلام کرد.

Scheer می گوید: بزرگترین چالش برای بیوپلاستیک ها این است که آنها در برابر پلاستیک های معمولی، مواد فوق العاده ارزان قیمت هستند که در سال های گذشته 60 اصلاح شده اند.

او می گوید: "مردم تا حدودی از تاثیرات زیست محیطی مواد مبتنی بر نفت که زیست زدایی نمی کنند، آگاه هستند، اما آنها تمایل ندارند دلار های اضافی را برای فشار دادن [انواع جدیدی از مواد] صرف کنند."

رقابت با پلاستیک مبتنی بر نفت در سال گذشته در حال افزایش است، زیرا قیمت نفت به نصف کاهش یافته است. Scheer می گوید: "برای رقابت با مواد سنتی نفتی، قیمت نفت در حدود 130 $ 140 به ازای هر بشکه نفت مورد نیاز بود." "واضح است که در $ 50 یک بشکه ما از توانایی رقابت دور هستیم."

Scheer می گوید ظرفیت پلاستیک جهان از منابع غیر نفتی وجود دارد، اما برای انجام این کار نیاز به حمایت قابل توجه دولت است. او می گوید: "باید از طریق مقررات تنظیم شود که هزینه های پلاستیکی و هزینه نفت را به میزان قابل توجهی بالاتر از آنچه که اکنون است، به همراه خواهد داشت."

پلی اتیلن مسابقه

اگر پلاستیک های پایدار که وابستگی ما به سوخت های فسیلی را کاهش می دهند و در نهایت عمر مفید خود را از بین ببرند، می بایست بتوانند به نه تنها برای میکرو پیاز، فوم و دیگر کاربردهای خاص، بلکه برای گرمانرم ها نیز کم باشند هزینه های پلیمری قابل انعطاف که بیش از 80 درصد از صدها میلیون تن پلاستیک تولید شده در سال است.

Coates در حال حاضر بر روی یک پلیمر جدید با خواص قابل مقایسه یا شاید بهتر از پلی اتیلن کار می کند، که به طور گسترده تولید شده از گرمانرم برای استفاده از همه چیز از کیسه های زباله به بطری های آب به اسباب بازی های پلاستیکی.

حتی یک لایه نازک از پلی اتیلن فوق العاده قوی است، برای مثال، پاکت های پستی که تقریبا غیرممکن است بدون قیچی یا کوزه های شیری که در هنگام افتادن روی زمین افتاده است، باز نکنند. Coates می گوید: "بیشتر این به این دلیل است که این مواد نیمه کریستالی است." "زنجیر [پلیمر] بسته به هم در یک حالت بسیار تنگ و خاص است که به طور کلی، می دهد خواص بسیار قابل توجه است."

در یک مطالعه 2014 منتشر شده در مجله انجمن شیمی آمریکاCoates و همکارانش در کورنل مواد جدیدی را با ساختار نیمه کریستالی که از یک منبع شکر ساخته شده است و خواص شبیه به پلی اتیلن ساخته شده است، هنوز قادر به تجزیه در پایان عمر مفید آن هستند.

Hillmyer می گوید: "این یک شبه اتفاق نمی افتد، اما من فکر می کنم که برخی از مثبت [نشان می دهد که این می تواند یک رقیب واقعی برای یک پلاستیک مانند پلی اتیلن باشد وجود دارد."

مواد جدیدی که به نام poly (پلی کربنات سدیم پلیپروپیلن) شناخته می شوند، مورد آزمایش قرار نگرفته اند تا ببینند که چگونه می توانند در محیط زیست یا محل دفن زباله تجزیه شوند. کواتز می گوید، با توجه به ترکیب آن، باید پس از چند ماه، در آب کاهش یابد، که دوره زمانی طولانی تر از عمر مفید بیشتر محصولات تک نفره است. پلی (پلیپروپیلن سوکسینات) به پروپیلن گلیکول و اسید بنچنیک، مواد غیر سمی تجزیه می شود که به CO کاهش می یابد₂ و آب هنگام مصرف توسط میکروب ها.

Coates می گوید: "اگر شما مجبور به خوردن محصولات تخریب پلیمر بودید، اینها همان هایی هستند که می خواهید."

بعید است که پلی (پلیپروپیلن سوکسینات) هرگز کمتر از یک پوند برای پوند هزینه کمتر از پلی اتیلن معمولی، اما ساختار منحصر به فرد بلوری آن را می تواند بهتر از همتای نفتی خود انجام دهد. اگر چنین باشد، تولید کنندگان بیوپلاستیک ممکن است روزی بتوانند با صنایع پلاستیک امروز رقابت کنند، با ساختن چیزهایی مانند کوزه های شیر با مواد قابل ملاحظه ای کمتر از پلاستیک های نفتی.

نبرد حباب

کوتاه از مقررات دولتی که قیمت آن بر روی کربن قرار می گیرد یا نیاز به پلاستیک دارد تا به زیست زدایی برسد، بیوپلاستیک ها باید راهی برای برداشتن پلاستیک های معمولی پیدا کنند، اگر تا کنون بیش از برنامه های کاربردی نازک را پر کنند.

این یک نبرد سخت است - اما یکی دیگر که یک محصول یکنواخت، پنل خورشیدی، به طور فزاینده ای برنده شده است.

در 2007، انرژی خورشیدی کمتر از 0.1 درصد تولید برق ایالات متحده است. با توجه به نوآوری و نوآوری، قیمت ماژول های فتوولتائیک از دلار آمریکا به ازای هر وات تا 4 آمریکا در هر وات کاهش یافته است که موجب تولید سریعترین منبع برق در خاورمیانه می شود.

ممکن است کسانی که روی بیوپلاستی کار می کنند، یک تغییر دریایی مشابه را ببینند؟ در نهایت، احتمالا خیلی زیاد خواهد شد نه تنها در مورد اینکه چگونه محصولات خود را از بین می برند، بلکه بر میزان چابکی آنها می تواند مزیت رقابتی پلاستیک را مختل کند.

درباره نویسنده

فیل مک کینا یک نویسنده آزاد است که علاقه مند به همگرایی افراد جذاب و ایده های جذاب است. او در ابتدا درباره انرژی و محیط زیست با تمرکز بر افرادی که در پشت این خبر هستند تمرکز می کند. کار او به نظر می رسد La نیویورک تایمز، اسمیتسونیان، WIRED، Audubon، دانشمند جدید، نقد و بررسی فناوری MATCE و NOVA، جایی که او یک ویرایشگر مشارکتی است.

این مقاله در ابتدا در ظاهر Ensia

کتاب های مرتبط:

at

با تشکر از بازدید شما InnerSelf.com، که در آن وجود دارد 20,000 + مقاله‌های تغییردهنده زندگی که «نگرش‌های جدید و امکانات جدید» را تبلیغ می‌کنند. همه مقالات به ترجمه شده است بیش از 30 زبان. اشتراک به مجله InnerSelf که به صورت هفتگی منتشر می شود و الهام روزانه ماری تی راسل. مجله InnerSelf از سال 1985 منتشر شده است.